海洋大地测量基准与水下导航系列之八我国海洋水下定位装备发展现状

中国国家综合PNT体系建设重点可概括为“5+1+N”，“5”指5大基础设施，包括重点推进下一代北斗卫星导航系统、积极发展低轨导航增强系统、按需发展水下导航系统、大力发展惯性导航系统、积极探索脉冲星导航系统；“1”是实现1个融合发展，即加快推进北斗与以5G移动通信为代表的网络信息体系的深度融合；“N”主要是突破一系列新兴技术，包括超稳芯片级原子钟、仿生导航技术等。

到2035年，完成下一代北斗系统星座组网，建成时空信息服务的备份增强系统，部署多源融合高可信的PNT终端，完成室内、水下、太空等特殊区域的PNT技术试验应用，完成国家综合PNT体系建设，提供体系化的PNT服务。

我国“北斗三号”全球卫星导航系统于2020年全面建成，并于2020年7月31日正式向全球用户开通运行服务。由于卫星导航系统天然的脆弱性，我国近年来提出到2035年建成更加泛在、更加融合、更加智能的综合PNT体系。

总而言之，我国综合PNT体系建设将坚持以北斗为核心、跨域协同、多技术融合的体系化发展路线，从用户终端角度实现微PNT深度集成和多源PNT信息融合，如下图所示。

1、构建通导遥一体化的 天基信息实时服务系统——PNTRC体系

天基信息实时服务系统是由若干颗同时 具有遥感、导航与通信功能的低轨卫星组成 的天基网与现有地面互联网、移动网的整体 集成，与北斗系统密切协同，实现对全球表 面分米级空间分辨率、分钟级时间分辨率的数据采集和亚米级精度的导航定位服务，在时空大数据、云计算、人工智能和天基信 息服务智能终端支持下，通过天地通信网络 全球无缝的互联互通，实时地为国民经济各 部门、各行业和广大手机用户提供快速、准 确、智能化的PNTRC服务。

2、“地上/室外定位+地下/室内定位+云上定位”的泛在空间定位体系概念

泛在空间定位是指跨越地上地下 空间、室内室外空间、物理与数字空间的连续精准定位和位置服务，同时也主要包含“地上/室外定 位、地下/室内定位和云上定位”。其目标是以现有导航、通信基础设施为根基，构建普适、弹性的“泛在空间定位”网络，解决通用、普适，且可推广、 可复制的遮蔽空间定位难题，定位范围从室外开阔空间扩展至室内、地下空间，同时定位精度保持亚米级，授时精度保持10ns量级。

针对“地上/室外定位”，通过攻关PPP-RTK广域快 速高精度可信定位、时空基准建立及维持等关键 技术，并结合天基/地基差分增强信息的支撑下， 用户实现自身高精度定位。在BDS信号经常被阻 挡的地上/室外城市环境中，采用PPP-RTK和惯性、 视觉等其他源的融合定位方式，基于多源融合定 位关键技术以提升复杂环境下定位服务的可用性和连续性。

针对“地下/室内定位”，开展新型HNav-UWB（ultra wide band，UWB） 体制与混合定位网络机制、伪卫星地上地下连续 场景定位等关键技术攻关，基于BDS+5G多模一 体化技术实现与通信网络的融合，最终构建地上 地下时空统一、自主可控的地下空间PNT系统， 解决复杂环境信号传播规律准确表达、狭长空间快速精准定位、封闭空间连续无人导航等难题，实 现通用、普适的高精度PNT服务。

北斗微基站实现室内室外定位无缝衔接。

uwb高精度定位技术在电站人员定位中的应用。

针对“云上定位”，以数字孪生地图和网图一 体场景增强关键技术为核心，以时空大数据、地理/ 电磁/PNT网络空间信息的孪生建模、人工智能 （artificial intelligence，AI）导航与定位等关键技术为辅助，实现提供泛在精准连续定位导航授时服务以及时空态势服务，满足复杂环境下的智慧 交通、无人驾驶等用户的安全与可靠的高精度定 位服务能力。

羲和系统是我国自主设计的室内外高精度定位导航系统，该系统是 基于协同实时精 密定位技术（ Cooperative Real-time Precise positioning ，CRP）构建的广域室内外高精度定位导航系统。该系统以北斗/GNSS、移动通信、互联网和卫星通信系统为基础，融合广域实时精密定位和室内定位等技术，实现室内外协同实时精密定位，具备室外亚米级、城市室内优于 3 米的无缝定位导航能力。

羲和系统是我国自主建立的高精度室内外无缝定位导航服务基础设施，是连接北斗系统和广大普通用户的最直接的接口。羲和系统与其他定位系统之间的关系如下图所示，从中可见，其在定位精度和应用范围上都具有比较明显的优势。

3、按需发展水下导航系统

到 2035 年完成水下的 PNT 技术试验应用，完成 以“北斗”为核心、基准统一、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的国家综合 PNT 体系建设，提供体系化 的 PNT 服务。海底大地测量基准是综合 PNT 体系的 重点与难点，需要重点解决海洋大地测量基准建立、 海洋垂直基准实现与三维基准传递、水下基准建设、 海洋及水下无缝导航与位置服务等技术瓶颈问题。

由于“水下北斗”系统的水下PNT综合基站需要立体观测和响应运控指令，根据海洋大地基准网建设技术 ，设计水下PNT综合基 站系统由实时通讯浮标基站、潜标基站、坐底式海床基站和岸基双向卫星数据接收发射终端构成，如下图所示。

目前，我国综合PNT体系建设正处于顶层设计阶段，理论和核心关键技术仍然需要攻关，建设任务十分艰巨。综合PNT体系涉及各类场景下不同物理原理的PNT信息源的最优化配置，系统复杂和工程技术难度大，用户终端或传感器必须深度集成，并实现低功耗，否则，再丰富的PNT信息，不能加以有效融合利用，对个体用户而言仍是空中楼阁。因此，在综合PNT体系支撑下，还必须实现PNT服务信息的智能融合或自适应融合;并要求在统一时空基准下实现PNT的高精度、高可靠的服务，即要满足用户PNT服务的可用性、精确性、可靠性、连续性和可用性。

综合PNT体系必须包含海洋，尤其是水下这一典型场景下的PNT服务国家海洋综合PNT体系作为海洋场景下的国家综合PNT体系组成部分，目前也处在理论研究、实验、探索阶段，需要顶层优化设计，需要突破一系列关键技术。我国的海洋大地测量基准、海洋导航定位装备严重落后于地面大地测量基准与陆地导航定位技术的发展，因此，海洋场景下的综合PNT体系建设面临更大的挑战、更加艰巨的任务和更多的技术难题。事实上，针对北系统的脆弱性问题，2017年，我国也有学者提出构建水下导航定位体系，并初步设计了水下定位导航授时技术路线图。

参考文献

1、海洋大地测量基准与水下导航_中国科学院_2022.06

2、北斗赋能万物互联__助推新...谈“从PNT到PNTRC”_王瑜婷 2024.06

3、泛在空间定位的概念__框架与服务_蔚保国2024.08

4、水下导航综合基站及其立体组网观测关键技术_刘杨2025.02

5、https://www.sohu.com/a/810075942_589051#

6、室内外高精度定位导航白皮书正文.pdf

7、https://ithome.com/0/602/064.htm